北京
荷兰代尔夫特理工大学研究人员把活细胞嵌进功能材料里，做出一条由藻类和光驱动的“追光”机械臂。这条机械臂表面长着微小藻类，不需要电机和电线，靠光照就能弯曲、抓取和抬起水中的小物体。相关论文发表于最新一期《自然·通讯》。
机械臂执行器本身是一条绿色软带，由两层不同水凝胶叠成，藻细胞附着在外层。它长约2厘米，厚约1毫米，形状可以按需要改，用来实现不同动作。在研究人员的演示中，软带在光照下弯成钩状，钩住橡胶环并提起，也能包住一颗小金属球。动作不算快，但足够柔和，适合在水下碰触易损物件。
“追光”机械臂的驱动力量来自藻类的光合作用。光照开启后，微藻利用光能把二氧化碳转化成糖类等细胞内物质，同时利用氮构建自身成分，这些代谢过程会让水凝胶局部酸碱度升高。两层水凝胶对酸碱变化的膨胀反应不同，一层涨得多、一层涨得少，整条带子就会朝一侧弯。光照关掉后，细胞继续呼吸消耗产物，二氧化碳回到水里，酸碱度下降，水凝胶回缩，不到10秒机械臂就开始往反方向弯。也就是说，亮灯和熄灯分别对应一次来回动作。
这套系统的特别之处在于对活体材料的应用。藻类能靠光自己维持代谢，不需要持续外部供电，适合用于长期、低能耗、对环境有响应的软机器人，比如水下轻操作，或仿生装置里随光变形的叶片、遮阳板、农业支架等。
该项目初衷是要验证把活细胞嵌进功能材料里，看看能推动什么行为。最终研究人员目睹了微生物代谢被转化成机械运动——合成材料不再只是被动受控，而是借着藻类的生理节奏动起来。
研究人员也强调，这次还只是概念验证，机械臂目前形状简单，负载也很小。接下来，他们将进一步放大机械臂的负载能力、寿命和光照控制能力。
【总编辑圈点】
生物体本身宛如一座座“能量工厂”：人体将摄入的各种食物转化为能量，从而支撑从呼吸到奔跑等一系列生命活动；藻类则通过光合作用，将光能转化为生物能，维持自身的新陈代谢。这项研究可谓脑洞大开——借助藻类这座迷你“能量工厂”的新陈代谢过程，驱动机械能的运转。这一奇思妙想说明，天然存在的生物能未必只可供生物体使用，也可以转化为机械设备的外部动力。生物能与机械能跨界融合，未来有望诞生更加丰富的应用场景。
（原标题为《由藻类和光驱动的机械臂制成 能弯曲、抓取和抬起水中物体》）
来源：张梦然/科技日报
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